CN117517707A - 一种新型超声波反射式流速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型超声波反射式流速测量装置，其中：包括超声波换能器Ⅰ、超声波换能器Ⅱ、换能器准直耦合部件和探杆；所述探杆为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件；所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ固定安装在所述探杆的一端；所述探杆的另一端为反射端，并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区。本发明的装置结构简单、制作成本低，在使用时，只需将反射端和测量区以一定的倾斜角度放入烟道内部，而超声波换能器完全放置在烟道外部，不需要特殊设计为耐高温材料，大大降低了换能器设计的成本，而且避免了高温环境对超声波测量准确性的影响。
Description
技术领域
本发明属于超声技术及声学检测技术领域，具体涉及了一种新型超声波反射式流速测量装置。
背景技术
超声波流量测量技术是一种通过测量流体中超声波的传播速度来推算流体流速的技术。目前，超声波流量测量技术已经得到了广泛的应用，并且不断有新的方法被开发出来。
超声波流量计在某些方面具有其他类型流量计无法比拟的优点。例如，与电磁流量计相比，超声波流量计无需在流体中设置任何阻碍件，因此特别适合测量大口径管道中的流体流量。此外，超声波流量计的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
现有的超声波流速测量仪器有多种，其中几种常见的类型：
便携式超声波流速计：这种仪器通常采用超声波测流速的原理，可以测量河流、溪流、灌溉渠道等场合的流速。它具有便携、易用、测量准确等特点，是野外测量流速的首选仪器。
固定式超声波流速计：这种仪器通常安装在河流、水库、明渠等固定场所，用于长期监测流速。它具有高精度、高稳定性、可远程传输数据等特点，广泛应用于水文、水利、环境保护等领域。
超声波多普勒流速仪：这种仪器通过测量散射后回波的频率变化来计算流速，具有测量范围广、精度高、对水质无要求等特点，适用于测量非均匀流和脉动流。
超声波风速仪：这种仪器采用超声波测量风速的原理，具有便携、易用、测量准确等特点，适用于气象观测和环境监测等领域。
然而，当前超声波流量测量技术也仍存在着一些不足，例如，流速不稳定：流速经常不稳定，超声波流量计可能会受到相互影响，产生偏大的测量值；异常信号传输：如果超声波流量计不能正常传输信号，则无法进行测量；环境问题：超声波流量计需要在适当的环境条件下进行测量，高温、低温、潮湿、噪音等都会影响超声波流量计的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型超声波反射式流速测量装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型超声波反射式流速测量装置，其中：包括超声波换能器Ⅰ、超声波换能器Ⅱ、换能器准直耦合部件和探杆；所述探杆为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件；所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ固定安装在所述探杆的一端；所述探杆的另一端为反射端，并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区。
作为本发明进一步说明，所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆的一端。即：超声波换能器Ⅰ安装在探杆一端的上半部分，超声波换能器Ⅱ安装在探杆一端的下半部分。所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ外接控制器，用于控制其工作状态及接收信号。
作为本发明进一步说明，所述超声波换能器Ⅰ和超声波换能器Ⅱ的频率为15～200kHz。
作为本发明进一步说明，所述反射端为圆锥形光面结构，能够高效反射声波传输，减少能量损失。
作为本发明进一步说明，所述测量区为半圆形切除区域并且为所述超声波换能器Ⅰ发出的超声波传导路径经过的部分区域。除了传导路径需要预留的孔洞之外，都被焊接牢固；切除区安装时候侧对着风向，探杆斜着插入烟道内，和风速方向的夹角为θ，从而产生了区域内的超声波传导的迎风和逆风区段。
作为本发明进一步说明，所述换能器准直耦合部件为超声波换能器表面安装的渐变折射率结构件。换能器准直耦合部件能够汇聚超声波声波束传输，实现更长距离低损耗传输，提高系统检测精度；换能器表面需要和准直结构无损配合，使用到甘油、硅油等耦合剂。
本发明的优点：
本发明的装置结构简单、制作成本低，在使用时，只需将反射端和测量区以一定的倾斜角度放入烟道内部，而超声波换能器完全放置在烟道外部，不需要特殊设计为耐高温材料，大大降低了换能器设计的成本，而且避免了高温环境对超声波测量准确性的影响。
附图说明
图1为本发明一实施例的剖切结构示意图。
图2为本发明一实施例的外部结构示意图。
附图标记：1-超声波换能器Ⅰ，2-超声波换能器Ⅱ，3-换能器准直耦合部件，4-探杆，5-反射端，6-超声波传导路径Ⅰ，7-超声波传导路径Ⅱ，8-测量区，9-风向。
实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例
如图1所示，一种新型超声波反射式流速测量装置，包括超声波换能器Ⅰ1、超声波换能器Ⅱ2、换能器准直耦合部件3和探杆4；所述探杆4为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件3；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2固定安装在所述探杆4的一端；所述探杆4的另一端为反射端5，并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区8。
实施例
如图1所示，一种新型超声波反射式流速测量装置，包括超声波换能器Ⅰ1、超声波换能器Ⅱ2、换能器准直耦合部件3和探杆4；所述探杆4为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件3；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆4的一端，即：超声波换能器Ⅰ1安装在探杆一端的上半部分，超声波换能器Ⅱ2安装在探杆一端的下半部分；所述探杆4的另一端为反射端5，并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区8。
所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的频率为15～200kHz。
实施例
如图1所示，一种新型超声波反射式流速测量装置，包括超声波换能器Ⅰ1、超声波换能器Ⅱ2、换能器准直耦合部件3和探杆4；所述探杆4为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件3；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆4的一端，即：超声波换能器Ⅰ1安装在探杆一端的上半部分，超声波换能器Ⅱ2安装在探杆一端的下半部分；所述探杆4的另一端为反射端5，所述反射端5为圆锥形光面结构并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区8。
实施例
如图1所示，一种新型超声波反射式流速测量装置，包括超声波换能器Ⅰ1、超声波换能器Ⅱ2、换能器准直耦合部件3和探杆4；所述探杆4为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件3；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆4的一端，即：超声波换能器Ⅰ1安装在探杆一端的上半部分，超声波换能器Ⅱ2安装在探杆一端的下半部分；所述探杆4的另一端为反射端5，所述反射端5为圆锥形光面结构并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区8；所述测量区8为半圆形切除区域并且为所述超声波换能器Ⅰ1发出的超声波传导路径经过的部分区域。
实施例
如图1所示，一种新型超声波反射式流速测量装置，包括超声波换能器Ⅰ1、超声波换能器Ⅱ2、换能器准直耦合部件3和探杆4；所述探杆4为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件3；所述超声波换能器Ⅰ1和超声波换能器Ⅱ2以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆4的一端，即：超声波换能器Ⅰ1安装在探杆一端的上半部分，超声波换能器Ⅱ2安装在探杆一端的下半部分；所述探杆4的另一端为反射端5，所述反射端5为圆锥形光面结构并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区8；所述测量区8为半圆形切除区域并且为所述超声波换能器Ⅰ1发出的超声波传导路径经过的部分区域。所述换能器准直耦合部件3为超声波换能器表面安装的渐变折射率结构件。
在本实施例中，如图1所示，超声波信号通过超声波传导路径Ⅰ6和超声波传导路径Ⅱ7进行反射式样传播，测量区8的长度为L，探杆4斜着插入烟道内，和风速方向的夹角为θ（如图2所示），从而产生了区域内的超声波传导的迎风和逆风区段。两个换能器依次作为发射和接收信号模块，通过控制主板检测到发射-接收和接收-发射两个循环的时间差，最终处理得到流速值。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：包括超声波换能器Ⅰ（1）、超声波换能器Ⅱ（2）、换能器准直耦合部件（3）和探杆（4）；所述探杆（4）为内部中空的圆形管件；所述超声波换能器Ⅰ（1）和超声波换能器Ⅱ（2）的前端均分别设有一个换能器准直耦合部件（3）；所述超声波换能器Ⅰ（1）和超声波换能器Ⅱ（2）固定安装在所述探杆（4）的一端；所述探杆（4）的另一端为反射端（5），并且在靠近反射端的探杆上设置开口，作为测量区（8）。
2.根据权利要求1所述的新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：所述超声波换能器Ⅰ（1）和超声波换能器Ⅱ（2）以上下垂直排列布置的形式安装在所述探杆（4）的一端。
3.根据权利要求2所述的新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：所述超声波换能器Ⅰ（1）和超声波换能器Ⅱ（2）的频率为15～200kHz。
4.根据权利要求3所述的新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：所述反射端（5）为圆锥形光面结构。
5.根据权利要求4所述的新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：所述测量区（8）为半圆形切除区域并且为所述超声波换能器Ⅰ（1）发出的超声波传导路径经过的部分区域。
6.根据权利要求5所述的新型超声波反射式流速测量装置，其特征在于：所述换能器准直耦合部件（3）为超声波换能器表面安装的渐变折射率结构件。
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